一、什么是虚继承

虚继承是C++中一种继承的机制。继承有普通继承和虚继承两种机制，默认是普通继承，如果要使用多继承，需要在继承方式里加上关键字virtual。

二、为什么要虚继承

在C++中，为解决二义性问题，引入虚继承机制。

注意：虚继承是在多继承中讲的，而虚函数是在多态中讲的。

三、虚继承的特性

虚继承使得公共的基类在派生类中只有一份，虚继承在多重继承的基础上多了vtable表（虚表）来存储到公共基类的偏移，而在使用公共基类时，通过vptr指针（虚指针）查表得到，该虚指针和虚表的维护由系统来进行。

四、虚继承的原理

C++在设计虚继承机制中，提供一个vtable（虚表）和vptr（虚指针）。虚指针指向虚表，虚表就是用来存放虚基类（祖父类）成员的地址。

基类在采用虚继承时，编译器就会给这个类分配一个vptr（虚指针，32位地址空间占4个字节，64位地址空间占8个字节），要访问虚基类的成员时，就通过查表，虚基类的成员只保留一份，不管谁来访问，就是通过查表，虚表和虚指针都是通过编译器自身维护。

由于虚基类的成员只保留一份，从整体来说，虚继承比普通多继承更加节省空间。

五、实现虚继承的语法

在多继承时，基类去继承虚基类时，使用关键字（virtual），再加上继承方式虚基类。语法如下：

class 父类:virtual 祖父类    // 虚继承
{

};

class 子类：继承方式 父类1, 继承方式 父类2...（普通多继承）
{

};

六、案例

1、验证虚指针的存在

#include <iostream>

using namespace std;

// 祖父类(虚基类)
class A1
{
    int a;
};

// 基类B1，虚继承
class B1:virtual public A1
{
    int b;

};

// 基类C1,虚继承
class C1:virtual public A1
{
    int c;
};

class Test1:public B1, public C1
{
    int data;
};


// 基类B2, 普通继承
class B2:public A1
{
    int b;

};

// 基类C2,普通继承
class C2:virtual public A1
{
    int c;
};

class Test2:public B2, public C2
{
    int data;
};


int main()
{
    Test1 tmp1;
    Test2 tmp2;
   
    // 虚继承后，多一个虚指针
    cout << "sizeof(tmp1): " << sizeof(tmp1) << endl;  

    // 虚基类只有单个成员变量时，比普通多继承占用内存空间少一个虚指针的字节
    cout << "sizeof(tmp2): " << sizeof(tmp2) << endl;   

    // 64位地址空间，指针占8个字节; 32位地址空间，指针占4个字节
    cout << "sizeof(int*): " << sizeof(int*) << endl;   
    
    return 0;
}

2、初始化虚基类成员时，默认调用无参的构造函数

#include <iostream>

using namespace std;

// 祖父类(虚基类)
class A
{
private:
    int a;
public:
    A(int a = 0)
    {
        cout << "A()" << endl;
        this->a = a;
    }
    ~A()
    {
        cout << "~A()" << endl;
    }
    void show()
    {
        cout << "a = " << a << endl;
    }
};

// 基类B，虚继承
class B:virtual public A
{
private:
    int b;
public:
    B(int a = 0, int b = 0):A(a)
    {
        cout << "B()" << endl;
        this->b = b;
    }
    ~B()
    {
        cout << "~B()" << endl;
    }
    void show()
    {
        cout << "b = " << b << endl;
    }
};

// 基类C,虚继承
class C:virtual public A
{
private:
    int c;
public:
    C(int a = 0, int c = 0):A(a)
    {
        cout << "C()" << endl;
        this->c = c;
    }
    ~C()
    {
        cout << "~C()" << endl;
    }
    void show()
    {
        cout << "c = " << c << endl;
    }
};

// 派生类，普通多继承
// B类和C类都虚继承于虚基类A,但是在Test类中只有一个虚基类A的成员变量
// 如果不是虚继承，就会有两个A类的成员变量，造成影子现象
class Test:public B, public C
{
private:
    int data;
public:
    // 这里采用构造函数列表初始化方式，但是后面的初始化并不能初始化虚基类成员变量，
    // 如果没有显式声明虚继类的构造函数，默认调用无参的构造函数
    // 可以改为如下
    // Test(int a = 0, int b = 0, int c = 0, int data = 0):A(a), B(a, b), C(a, c)
    Test(int a = 0, int b = 0, int c = 0, int data = 0):B(a, b), C(a, c)
    {
        cout << "Test()" << endl;
        this->data = data;
    }
    ~Test()
    {
        cout << "~Test()" << endl;
    }
    void show()
    {
        A::show();
        B::show();
        C::show();
        cout << "data = " << data << endl;
    }
};


int main()
{
    Test tmp(1, 2, 3, 4);
    tmp.show();


    return 0;
}

3、显式调用虚基类的有参构造函数才能正确初始化虚基类成员

#include <iostream>

using namespace std;

// 祖父类(虚基类)
class A
{
private:
    int a;
public:
    A(int a = 0)
    {
        cout << "A()" << endl;
        this->a = a;
    }
    ~A()
    {
        cout << "~A()" << endl;
    }
    void show()
    {
        cout << "a = " << a << endl;
    }
};

// 基类B，虚继承
class B:virtual public A
{
private:
    int b;
public:
    B(int a = 0, int b = 0):A(a)
    {
        cout << "B()" << endl;
        this->b = b;
    }
    ~B()
    {
        cout << "~B()" << endl;
    }
    void show()
    {
        cout << "b = " << b << endl;
    }
};

// 基类C,虚继承
class C:virtual public A
{
private:
    int c;
public:
    C(int a = 0, int c = 0):A(a)
    {
        cout << "C()" << endl;
        this->c = c;
    }
    ~C()
    {
        cout << "~C()" << endl;
    }
    void show()
    {
        cout << "c = " << c << endl;
    }
};

// 派生类，普通多继承
// B类和C类都虚继承于虚基类A,但是在Test类中只有一个虚基类A的成员变量
// 如果不是虚继承，就会有两个A类的成员变量，造成影子现象
class Test:public B, public C
{
private:
    int data;
public:
    // 这里采用构造函数列表初始化方式，但是后面的初始化并不能初始化虚基类成员变量，
    // 如果没有显式声明虚继类的构造函数，默认调用无参的构造函数
    // 现在改为如下，显示调用
    Test(int a = 0, int b = 0, int c = 0, int data = 0):A(a), B(a, b), C(a, c)
    // Test(int a = 0, int b = 0, int c = 0, int data = 0):B(a, b), C(a, c)
    {
        cout << "Test()" << endl;
        this->data = data;
    }
    ~Test()
    {
        cout << "~Test()" << endl;
    }
    void show()
    {
        A::show();
        B::show();
        C::show();
        cout << "data = " << data << endl;
    }
};


int main()
{
    Test tmp(1, 2, 3, 4);
    tmp.show();


    return 0;
}